世界初の近赤外線による重力マイクロレンズ法を用いた系外惑星探査

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17J02146
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平尾 優樹 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2020-03-31
• キーワード: 重力マイクロレンズ / 系外惑星 / 近赤外線

研究実績の概要

本研究の目的は近赤外線で重力マイクロレンズ系外惑星探査を行い、地球質量を含む惑星の検出数を増やし、惑星形成過程に制限を与えることである。近赤外線での観測のために必要な広視野カメラを製作するために9月からアメリカのNASA/Goddard Space Flight Centerに出張し、現地の研究者と共同でカメラの開発を行っている。本年度は1)カメラの概念設計、2)光学系の設計、3)カメラの冷却に必要な熱計算、4)フィルター交換装置の検討、5)背景放射の計算を行った。フィルターはカメラ内部にフィルターホイールを前後に二枚配置することで合計5枚配置することができるようにし、熱計算を元に中心部が十分に冷えるよう、材質は溶融石英で厚みは12mmとした。背景放射の計算では決定した光学系に対し、望遠鏡自体からの放射が、主な観測波長となるHバンドで支配的になるスカイバックグラウンドに比べ、十分小さくなることを確認した。
ニュージーランドのMt. John天文台で観測を行っているMOA-II望遠鏡の可視光の観測データを使い、惑星候補イベントを探した。重力マイクロレンズイベントは光度曲線のモデリングを行うことで主星/伴星の質量比といったパラメータを得ることができる。本年度は惑星による増光の兆候が見られたらリアルタイムで解析を行い、結果を世界中の共同研究者に報告することで、質量比の小さい惑星イベントを効率よく観測することができた。現在、このうちの一つ、重力マイクロレンズイベントOGLE-2017-BLG-0406の詳細解析を行っている。また、オフラインの観測イメージの再解析で新たに見つかった2006年から2014年の重力マイクロレンズイベントのモデリングを行い、複数個の惑星候補イベントを発見した。これらのサンプル数の増加は惑星形成論の制限をするために重要となる。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初の計画ではカメラの詳細設計を完了させて、制作を開始する予定であったが、まだ開始することができていないため。検出器にはNASAの保有するH4RGを使用するが、輸出規制の問題などからまだ取り掛かれていない。また、カメラ内部を検出器の動作温度である80K程度に冷やす必要があり、機械式冷凍機を用いる案を考えていたが、振動の影響や電磁妨害について調べる必要があり、これらの影響が完全にない液体窒素を使用する案の検討も行っているため時間がかかっている。
OGLE-2017-BLG-0406の解析ではSpitzer宇宙望遠鏡のデータがあり、地球と宇宙から観測した時の視差から通常の解析では求まらない質量や距離と行った物理量を一意に得ることができると期待される。しかし、地上の観測データにこの効果を真似する系統誤差がのっていることがわかり、この影響を取り除くためのデータの精査や再解析に時間がかかっているため。

今後の研究の推進方策

カメラの詳細設計を完了させて実際に制作を始める。機械式冷凍機を使用する場合、カメラ容器に取り付けた時の振動や電磁妨害の影響を調べ、カメラ内部が十分に冷えることを確かめる。そして、カメラが完成し次第、性能評価を行い、南アフリカに建設される新望遠鏡に取り付けて、観測を可能にする。
惑星のサンプル数を増やすため、引き続きリアルタイムでの光度曲線のモデリングを行うことで惑星候補イベントを探す。そして、現在解析しているイベントの詳細解析を完了し、論文にまとめて投稿する。これが終わり次第、別のイベントに取り掛かる。また、近赤外線での観測が可能になれば、現在の可視光で観測している領域より、さらに星密度が高い銀河系中心領域を観測することができ、惑星の検出数が増えると期待されている。しかし、現在の発見ペースでもモデルの縮退などから詳細解析が追いついていないのが現状であるので、同時にこの解析時間を短縮できるような方法を探る。

研究成果

• [国際共同研究] NASA / Goddard Space Flight Center/Ohio State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA / Goddard Space Flight Center/Ohio State University
• [国際共同研究] Massey University/University of Auckland/Mt. John University Observatory(ニュージーランド)
  • 国名: ニュージーランド
  • 外国機関名: Massey University/University of Auckland/Mt. John University Observatory
• [国際共同研究] Warsaw University Observatory(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: Warsaw University Observatory
• [雑誌論文] OGLE-2013-BLG-1761Lb: A Massive Planet around an M/K Dwarf (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirao, Y., Udalski, A., Sumi, T., Bennett, D. P., Koshimoto, N., Bond, I. A., Rattenbury, N. J., Suzuki, D., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 154 ページ: 1～1
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa73da
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MOA-2016-BLG-227Lb: A Massive Planet Characterized by Combining Light-curve Analysis and Keck AO Imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Koshimoto, N., Shvartzvald, Y., Bennett, D. P., Penny, M. T., Hundertmark, M., Bond, I. A., Zang, W. C., Henderson, C. B., Suzuki, D., Rattenbury, N. J., Sumi, T., Abe, F., Asakura, Y., Bhattacharya, A., Donachie, M., Evans, P., Fukui, A., Hirao, Y., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 154 ページ: 3～3
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa72e0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MOA-2012-BLG-505Lb: A Super-Earth-mass Planet That Probably Resides in the Galactic Bulge (2017)
  • 著者名/発表者名: Nagakane, M., Sumi, T., Koshimoto, N., Bennett, D. P., Bond, I. A., Rattenbury, N., Suzuki, D., Abe, F., Asakura, Y., Barry, R., Bhattacharya, A., Donachie, M., Fukui, A., Hirao, Y., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 154 ページ: 35～35
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa74b2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The lowest mass ratio planetary microlens: OGLE 2016-BLG-1195Lb (2017)
  • 著者名/発表者名: Bond, I. A., Bennett, D. P., Sumi, T., Udalski, A., Suzuki, D., Rattenbury, N. J., Bozza, V., Koshimoto, N., Abe, F., Asakura, Y., Barry, R. K., Bhattacharya, A., Donachie, M., Evans, P., Fukui, A., Hirao, Y., et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 469 ページ: 2434～2440
  • DOI: 10.1093/mnras/stx1049
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] OGLE-2016-BLG-1190Lb: The First Spitzer Bulge Planet Lies Near the Planet/Brown-dwarf Boundary (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryu, Y.-H., Yee, J. C., Udalski, A., Bond, I. A., Shvartzvald, Y., Zang, W., Jaimes, R. Figuera, Jorgensen, U. G., Zhu, W., Huang, C. X., Jung, Y. K., Albrow, M. D., Chung, S.-J., Gould, A., Han, C., Hwang, K.-H., Shin, I.-G., Cha, S.-M., Kim, D.-J., Kim, H.-W., Kim, S.-L., Lee, C.-U., ..., Hirao, Y., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 155 ページ: 40～40
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa9be4
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Analysis of the Planetary Microlensing Event OGLE-2017-BLG-0406 with Spitzer Data (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirao, Y.
  • 学会等名: 22nd International Microlensing Conference
  • 国際学会
• [学会発表] WFIRST: Searching for Microlens Planets in Very Wide Orbits and the MOA Microlensing Data Release (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirao, Y.
  • 学会等名: 231st AAS meeting
  • 国際学会